JP4146777B2 - グロー放電分析方法 - Google Patents

Description

この発明は、グロー放電分析方法に関するものである。

グロー放電管の陽極の筒部と対向して試料を配置し、スパッタガスとしてＡｒガス（アルゴンガス）を用い、Ａｒガス流の減圧下で高周波電源からの高周波電圧を試料に印加してグロー放電を発光させるグロー放電分析装置では、試料表面が放電発光部シール用のＯリングに当接した状態で、放電発光部が陽極の筒部と試料との間に形成されており、この放電発光部に試料表面のスパッタ予定の面（スパッタリング面）を臨ませながら、Ａｒイオンがその面に衝突することにより試料表面がスパッタリングされる。このとき、試料は、スパッタ時のエネルギーによる熱を受ける。スパッタされた粒子（原子、分子、イオン）はプラズマ中で励起され、基底状態に戻る際に元素固有の発光が行われ、この発光はグロー放電管に連接された分光器方向に導出され、試料の深さ方向の元素分析が行われる。

しかし、スパッタガスとしてＡｒガスを用いているので、以下の問題点がある。
すなわち、金属薄膜試料や無機物薄膜試料においては熱による変形は無視できるが、有機系フィルムを基材とした薄膜試料または有機系フィルム試料に対しては、熱により組成が炭化される程度にＡｒイオンの質量が大きいため、有機系フィルムを基材とした薄膜試料または有機系フィルム試料における深さ方向の元素分析が困難となるおそれがある。そして、これら試料への熱によるダメージを少なくするために、仮に前記高周波電圧を小さくしても、当該プラズマが不安定になるだけではなく、やはりＡｒイオンによる熱ダメージは免がれない。

この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、熱に弱い有機系フィルムを基材とした薄膜または有機系フィルムの深さ方向の元素分析が行えるグロー放電分析方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明のグロー放電分析方法は、有機系フィルムを基材とした薄膜試料または有機系フィルムである試料をグロー放電管の陽極に対向させて配置し、低圧下において前記試料表面にＮｅガスを供給し、試料と陽極との間の放電発光部において発生するグロー放電による放電発光を分析することを特徴としている（請求項１）。

この発明では、Ｎｅガス（ネオンガス）の質量は、Ａｒガス（アルゴンガス）の質量の半分なので、有機系フィルムを基材とした薄膜試料または有機系フィルム試料の組成を炭化し難くできてこれら試料への熱ダメージを少なくすることができ、結果として、これら試料の深さ方向の元素分析が可能となる。

以下、この発明の実施形態を、図を参照しながら説明する。なお、それによってこの発明は限定されるものではない。
図１〜図３は、この発明の一実施形態を示す。
図１〜図３において、グロー放電分析装置では、グロー放電管１の陽極２と対向して試料３が配置されており、低圧下において試料表面に不活性ガスＩＧが供給され、試料３と陽極２との間の放電発光部４において発生するグロー放電による放電発光が分析される。試料３は、大気開放された陽極円筒部５側を封止するように設けられる。そして、例えば、高周波電源に接続されて電圧印加電極を兼ねた試料押圧部材（図示せす）によって、絶縁性の試料保持部材７に形成された貫通孔８の開放端を封止するように、Ｏリング９を介して試料３を前記試料押圧部材に押圧することで試料３のスパッタ予定の面を前記放電発光部４に臨ませることができる。前記放電発光部４は、陽極円筒部５と試料３との間の隙間に形成されている。１０は、金属材料よりなるランプボディ１１に形成される不活性ガスＩＧの導入路で、ランプボディ１１に形成される貫通孔１２に連通しており、貫通孔１２、陽極２の中央に設けた孔５ａおよび陽極円筒部５内を介して前記放電発光部４を不活性ガスＩＧで満たすように構成されている。そして、前記試料保持部材７および試料３間をＯリング９によりシールする形で試料３のスパッタ予定の面を前記放電発光部４に臨ませ、排気系統を動作させてランプボディ１１内の空間を真空引きする。１３，１４は、ランプボディ１１に形成される真空排気流路である。その後、不活性ガス導入路１０から不活性ガスＩＧをランプボディ１１内の空間に満たし、不活性ガスガス流の減圧下で高周波電源からの１３ＭＨｚ程度の高周波電圧を前記試料押圧部材を介して試料３に印加する。これにより、陽極２と試料３との間に予備放電が生じ、これに基づいて不活性ガスイオンが生成し、この不活性ガスイオンが高電界で加速され、試料３の表面（スパッタ予定の面）に衝突して、所定のスパッタリングが行われ、スパッタされた粒子（原子、分子、イオンはプラズマ中で励起され、基底状態に戻る際に元素固有の発光が放電発光部４において行われ、この発光は符号Ｌで示す光として、グロー放電管１に連接された分光器１６方向に導出され、試料３の深さ方向の元素分析が行われる。なお、放電発光部４において発光した光Ｌは、光学レンズ１７によって入射スリット１８で焦点を結ぶ。入射スリット１８を通った光は回折格子１９によって、波長に応じた回折を行い、元素特有のスペクトルに分けられたスペクトル光は出射スリット２０、光電子増倍管（フォトマル）２１を経て電気的に計測される。

以下この発明の特徴的構成について説明する。

２２は不活性ガスであるＮｅガス（ネオンガス）の導入路である。Ｎｅガス（質量２０）はＡｒガス（質量４０）よりも質量が小さい。そして、前記Ｎｅガスの導入路２２には、上流側から順にＮｅガスボンベ２３、Ｎｅガス圧力調整器２４およびＮｅガス開閉バルブ２５が設けられている。２６は前記Ｎｅガス開閉バルブ２５を制御するバルブ制御器で、前記Ｎｅガスの導入路２２、Ｎｅガスボンベ２３、Ｎｅガス圧力調整器２４、Ｎｅガス開閉バルブ２５、バルブ制御器２６からＮｅガス供給系３０が構成される。

前記試料３は、有機系フィルムを基材とした薄膜で、例えばポリエチレンテレフタレート等の有機系フィルム３１と、このフィルム３１の一方面上に形成された一層または多層の金属薄膜３２とよりなる。なお、有機系フィルム３１上に形成する薄膜として前記金属薄膜３２に代えてセラミック薄膜等を挙げることができる。

而して、従来ではＡｒプラズマにて試料３の表面からスパッタしていくが、Ａｒイオンの質量が大きいため、試料３に熱ダメージを与えていた。しかも、従来では熱によるダメージを少なくするためにプラズマ電力を極少にした場合、プラズマが不安定になり、又、それでもダメージは免がれなかったが、この発明では、不活性ガスＩＧであるＮｅガスはＡｒガスに比して質量が小さいため、試料３への熱ダメージを少なくすることができ、有機系フィルム３１上にコーティングされる前記金属薄膜３２やセラミック薄膜等の深さ方向の元素分析が可能となり、例えば未知の試料３において、有機系フィルム３１上に何がコーティングされているのかが正確に定性および定量できる。

この発明の一実施形態で用いたグロー放電管を示す全体構成説明図である。 上記実施形態で用いた分光器を示す構成説明図である。 上記実施形態を示す要部構成説明図である。

符号の説明

１ グロー放電管
２ 陽極
３ 試料
４ 放電発光部
ＩＧ Ｎｅガス（不活性ガス）

Claims (1)

1. 有機系フィルムを基材とした薄膜試料または有機系フィルムである試料をグロー放電管の陽極に対向させて配置し、低圧下において前記試料表面にＮｅガスを供給し、試料と陽極との間の放電発光部において発生するグロー放電による放電発光を分析することを特徴とするグロー放電分析方法。

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